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生命时钟的振荡器——解读2017诺贝尔生理学或医

发布时间:2017-12-03 阅读:

  生命钟的振荡器 - 解读2017年诺贝尔生理学或医学奖 - 新闻 - 科学网

  新华社北京10月2日电(记者王艳红)从蓝藻到真菌,从植物到动物,地球上的生物一般都有一套内置的时钟,以24小时为周期调节生理活动,适合我们的星球旋转和昼夜变化。获得2017年诺贝尔生理学或医学奖的三位科学家从分子水平上揭示了生命的时钟是如何点燃的。

  含羞草的叶子依然依照昼夜的规律在黑暗中打开和关闭。太阳尚未升起时,向日葵已经朝向东方。人们仍然在半夜中保持在明亮的日光下。生物的自然节奏不依赖于外部刺激。受某种内部机制控制。手表的核心部件是振荡器,例如钟摆,机械振荡器或石英电路,可以产生稳定的周期性振动。

  那么在生物体里,这个振荡器是什么?

  人们早已发现生物节律的特征是可以继承的。随着分子生物学的发展,科学界提出了生物钟基因的概念。在20世纪70年代,加州理工学院的西摩·本泽(Seymour Benze)和罗纳德·科诺普卡(Ronald Konopka)对果蝇进行了实验并筛选了相关的基因突变。

  果蝇的出现具有特定的节奏,在一天的特定时间,蛹的野生种类,周期为24小时。 Konoconka等人培养和筛选的果蝇具有更长或更短的周期,甚至没有周期,并发现它们在基因组的相同区域发生突变,从而定位昼夜节律基因并将其命名为周期基因。但仅限于现有技术,人们无法弄清楚该基因的序列,因为克隆果蝇DNA的技术直到70年代末才出现。

  1984年,三位美国科学家杰弗里·霍尔(Jeffrey Hall),迈克尔·罗斯巴什(Michael Rothbash)和迈克尔·扬(Michael Young)克隆了循环基因,他们发现果蝇PER蛋白在体内的浓度有规律地变化,振荡周期正好是24小时。在这一点上,人们发现了生物钟的振荡器,看到了它的振荡,接下来就是了解其工作原理。

  Hall和Rothbash提出了一个负面的反馈机制:PER蛋白浓度的增加会抑制周期性基因的活性,并阻止该基因产生更多的PER蛋白,导致浓度降低。这就像节省了几个钱,人们不会继续工作来赚钱。

  基因活性的抑制必须在细胞核内进行,而PER蛋白本身不能进入细胞核,需要另一种蛋白质的辅助,而在1994年发现的第二个生物节律基因,其编码的蛋白质被称为TIM。当PER蛋白水平高时,它与TIM蛋白结合以进入细胞核。

  还发现了几个其他相关基因,包括PER蛋白的降解和循环基因的启动。与前两个基因一起,转录反馈环(TTFL)是果蝇生物钟的核心振荡机制。

  如果我们将PER蛋白与钱比较并运行周期基因,可以将TIM蛋白与消费欲望进行比较。其他基因是消费行为,动机等。整个振荡过程可以被认为是工资收缩的周期性变化。

  经过30多年的发展,Hall,Rothbash和Young因为这项研究获得了诺贝尔奖。 Hall在获奖后接受美联社记者采访时表示,很明显这一机制有助于解决昼夜节律紊乱导致的睡眠问题。

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